纳米TiO₂无毒、光化学性质稳定、氧化能力强,具有很高的光催化活性。紫外光甚至可见光照射下可以降解绝大多数环境污染物,还具有广谱灭菌性。在环境净化方面具有广阔的应用前景。本工作对溶胶体系中TiO₂纳米晶的制备和掺杂进行了研究,旨在揭示溶胶体系中TiO₂纳米晶的低温制备机理,并通过掺杂拓宽其光响应范围,提高其光催化活性。本文首先介绍了TiO₂的结构特点和光催化机理,总结了TiO₂纳米材料的研究进展。在此基础上,展开了TiO₂基纳米晶的溶胶法低温制备的研究。用大水溶胶体系制备了TiO₂纳米晶、钒掺杂TiO₂纳米晶、Ag纳米颗粒/TiO₂纳米晶和TiO₂基纳米晶薄膜。用X-Ray衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,红外光谱（IR）,X射线光电子能谱（XPS）,扫描电子显微镜（SEM）,X射线色散能谱（EDS）,紫外-可见吸收光谱等分析手段研究了TiO₂基纳米晶的结晶行为、微观结构、光学性能和光催化性能。主要研究内容和结果如下。以钛酸丁酯为钛源,采用大水体系的溶胶法在室温下制备得到了TiO₂纳米晶,确定形成TiO₂纳米晶的参数范围为水与钛酸丁酯的摩尔比≥40,pH≤3。该纳米晶由锐钛矿和板钛矿两相组成,晶粒尺寸为5-6纳米,尺寸分布均匀。对制备机理的研究表明,钛酸丁酯的水解反应足够快而彻底的进行,是低温下制得TiO₂纳米晶的关键。此时,水解产物全部由无机物Ti-O-Ti或Ti-OH组成,这些无机产物通过后续的缩聚形成相互连接的[TiO₆]八面体,最终形成有序的晶体结构。对得到的TiO₂纳米晶的光催化性能的研究结果表明,其光催化活性高于商用P25（Degussa）TiO₂。以乙酰丙酮氧钒为钒源,采用溶胶法在室温下制备得到了钒掺杂TiO₂纳米晶。与室温制备的纯TiO₂纳米晶相比,制备钒掺杂TiO₂纳米晶所需水量更多（水与钛酸丁酯的摩尔比≥200）。同时,体系pH的变化对掺钒TiO₂结晶行为的影响更大。得到的钒掺杂TiO₂是O八面体空隙中的Ti离子被V离子取代所形成的Ti_1-xV_xO₂固溶体。结晶度随钒含量的增加而减弱,晶粒尺寸随着钒含量的增加不断变小。对制备机理的研究表明,乙酰丙酮氧钒分子分解的VO²⁺以[VO（H₂O）_5-x（OH）_x]^（2-x）+水合离子存在,陈化过程中,这些水合离子通过缩聚反应转化成为[VO₆]准八面体。[VO₆]准八面体和[TiO₆]八面体通过共角顶和共边连接在一起,最终形成有序的晶体结构。钒掺杂TiO₂的带隙比纯TiO₂窄。在日光照射下的光降解实验结果表明,室温下得到的钒掺杂TiO₂纳米晶能响应可见光,是利用日光降解甲基橙等有机物的良好光催化剂。以硝酸银为银源,采用溶胶法在室温下制备得到了Ag纳米颗粒/TiO₂纳米晶复合材料。DEA的加入是得到银单质纳米颗粒的关键,其加入次序对TiO₂的结晶行为有很大影响。复合材料由TiO₂的锐钛矿、板钛矿和银单质三相组成。复合材料中TiO₂晶体粒径几乎不变,约为5-6纳米。银单质晶粒尺寸约为6纳米。但样品中的银晶粒存在团聚现象。随着银含量的增加,团聚更加严重,银颗粒变大,尺寸分布变宽。得到的Ag纳米颗粒/TiO₂纳米晶复合材料的光催化活性均比纯TiO₂的高。对低温下TiO₂、钒掺杂TiO₂纳米晶和Ag纳米颗粒/TiO₂纳米晶薄膜化的初步研究结果表明,将含纳米晶的溶胶用旋涂法涂覆在载玻片上,经约150℃处理,可以得到附着良好的TiO₂基薄膜。这些膜中均存在TiO₂晶体,但结晶度较弱。同时,Ag/TiO₂薄膜中还存在银单质。TiO₂,钒掺杂TiO₂,Ag/TiO₂纳米晶薄膜在紫外和日光下的光催化性能研究结果表明,三者的光催化活性顺序为钒掺杂TiO₂薄膜＞Ag/TiO₂薄膜＞TiO₂薄膜。